(57)【要約】【課題】マーカーの取り扱いが容易な、操作性の向上した生体観察装置を提供することを目的とする。【解決手段】試料に近接配置される対物レンズと、前記対物レンズを介して試料を撮像する撮像装置と、前記試料の変位を補正する方向に前記対物レンズを駆動する対物レンズ駆動装置と、前記対物レンズによる観察範囲中の試料上にマーカー基盤を配置するマーカー基盤運搬装置とを備える生体観察装置を提供する。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料に近接配置される対物レンズと、
前記対物レンズを介して試料を撮像する撮像装置と、
前記試料の変位を補正する方向に前記対物レンズを駆動する対物レンズ駆動装置と、
前記対物レンズによる観察範囲中の試料上にマーカー基盤を配置するマーカー基盤運搬装置と、
を備える生体観察装置。
【請求項２】
前記マーカー基盤運搬装置は、マーカー基盤を吸着させる吸着機構、及びマーカー基盤を配置する位置を調節する位置決め機構を備える、請求項１に記載の生体観察装置。
【請求項３】
前記マーカー基盤運搬装置が、マーカー基盤を吸着保持する先端部を備え、該先端部が前記観察範囲の全周を取り囲むリング形状を有する、請求項１又は２に記載の顕微鏡観察装置。
【請求項４】
前記マーカー基盤運搬装置が、マーカー基盤を吸着保持する先端部を備え、該先端部が、前記観察範囲の周囲の一部を除く全周を取り囲む形状を有する、請求項１又は２に記載の生体観察装置。
【請求項５】
前記マーカー基盤運搬装置が、前記観察範囲中においてマーカー基盤を試料に密着させるスタビライザである、請求項１〜４の何れか一項に記載の生体観察装置。
【請求項６】
前記マーカー基盤運搬装置が、前記生体観察装置とは別体である、請求項１〜５のいずれか一項に記載の生体観察装置。
【請求項７】
前記マーカー基盤運搬装置が、前記生体観察装置と一体に設けられている、請求項１〜５のいずれか一項に記載の生体観察装置。
【請求項８】
前記マーカー基盤が、透明な板状基盤に複数のマーカーが接着されて形成される、請求項１〜７の何れか一項に記載の生体観察装置。
【請求項９】
前記マーカー基盤が、透明なシート状基盤に複数のマーカーが含有されて形成される、請求項１〜７の何れか一項に記載の生体観察装置。
【請求項１０】
前記生体観察装置が生体観察用の顕微鏡である、請求項１〜９の何れか一項に記載の生体観察装置。
【請求項１１】
前記試料が生体中の細胞、組織又は内臓であることを特徴とする、請求項１〜１０の何れか一項に記載の生体観察装置。
【請求項１２】
生体観察において検出目標と成る複数のマーカーを透明な基盤に保持させた、生体振動検出用撮影のためのマーカー基盤。
【請求項１３】
請求項１２に記載のマーカー基盤を運搬する、生体観察装置のためのマーカー基盤運搬装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は生体観察装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、生物学の研究において、標本として実験動物の一個体を用い、生きたままその臓器等を光学顕微鏡により観察するいわゆるインビボ観察が行われるようになっている。インビボ観察においては、観察対象が拍動、呼吸動などの動きを有するために観察位置のズレや焦点のボケが生じやすい。このような観察位置の変位や焦点ボケを解消する方法としては、撮像手段を備えた顕微鏡全体を観察対象の動きに合わせて追従させる装置（例えば、特許文献１）、或いは、観察対象の動きに合わせて対物レンズを追従させる装置（例えば特許文献２）などのように、装置を追従制御する方法が知られている。
【０００３】
観察対象の動きを検出する場合は、高速度撮影をする必要がある。しかし、臓器等の生体試料の場合、照明をあまり強くはできないために画像が暗く、ナチュラルテクスチャによるパターンマッチング的な画像処理では、精度の良い生体振動検出ができない。このため、暗い画面の中で臓器と同じ動きをする明るい特徴点（マーカー）を設け、このマーカーを検出することにより、生体振動を検出することが行われている。
【特許文献１】特開平７−２２２７５４号公報
【特許文献２】特開２００７−１８７８１０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
通常、マーカーは生理食塩水等の液体と共に試料に振り掛けられる。しかし、従来の方法では、所望の場所にマーカーが存在しなかったり、観察画像中にマーカーが多すぎたりするという問題があった。さらに、生理食塩水や生体から分泌される液体等により、マーカーが流され、生体との密着度が低下することで、生体と同じ動きをしなくなることもあった。このように、マーカーを所望の位置に配置したり、マーカーの位置を移動させたり、或いはマーカーを取り除いたりすることが、従来は非常に困難であった。
【０００５】
上記問題に鑑み、本発明は、マーカーの取り扱いを容易にすることにより、操作性の向上した生体観察装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために、本発明は以下の手段を提供する。      
本発明は、試料に近接配置される対物レンズと、前記対物レンズを介して試料を撮像する撮像装置と、前記試料の変位を補正する方向に前記対物レンズを駆動する対物レンズ駆動装置と、前記対物レンズによる観察範囲中の試料上にマーカー基盤を配置するマーカー基盤運搬装置とを備える生体観察装置を提供する。
【０００７】
本発明によれば、マーカー基盤運搬装置を備えることによって、マーカー基盤を用いて簡便に検出作業を行うことができる。
【０００８】
上記発明においては、マーカー基盤運搬装置は、マーカー基盤を吸着させる吸着機構、及びマーカー基盤を配置する位置を調節する位置決め機構を備えることができる。また、前記マーカー基盤運搬装置は、マーカー基盤を吸着保持する先端部を備え、該先端部が前記観察範囲の全周を取り囲むリング形状を有することができる。また或いは、該先端部は、前記観察範囲の周囲の一部を除く全周を取り囲む形状であってもよい。
【０００９】
一つの態様において、上記マーカー基盤運搬装置は、前記観察範囲中においてマーカー基盤を試料に密着させるスタビライザである。
【００１０】
一つの態様において、前記マーカー基盤運搬装置は前記生体観察装置とは別体であり、他の態様において、前記マーカー基盤運搬装置は、前記生体観察装置と一体に設けられる。
【００１１】
一つの態様において、前記マーカー基盤は、透明な板状基盤に複数のマーカーが接着されて形成される。他の態様において、前記マーカー基盤は、透明なシート状基盤に複数のマーカーが含有されて形成される。
【００１２】
本発明の他の側面から、生体観察において検出目標と成る複数のマーカーを透明な基盤に保持させた、生体振動検出用撮影のためのマーカー基盤が提供される。また、上記のマーカー基盤を運搬する、生体観察装置のためのマーカー基盤運搬装置が提供される。
【００１３】
また、上記生体観察装置は、生体観察用の顕微鏡であってよく、或いは内視鏡やその他の観察装置であってもよい。
【００１４】
上記生体観察装置において観察される試料は、生体中の細胞、組織又は内臓であってよく、生体の動的挙動が補正されることによって、生きたままの試料中の極微細な対象を観察することが可能である。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、マーカー基盤運搬装置を備え、マーカー基盤を用いることにより、マーカーの取り扱いを容易にし、操作性の向上した生体観察装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
本発明では、マーカーの取り扱いを容易にするため、透明な板状基盤に複数のマーカーを接着させて製造したマーカー基盤を用いる。図１に、マーカー基盤１００の第１実施例を示した。マーカー基盤１００は、例えば、直径が約1 mmの円形状を有する。しかしながらこれに限定されず、円形、四角形、台形、楕円形など任意の形状に形成されてよい。マーカー基盤１００は、観察対象、例えば臓器に対して十分に大きいことが好ましい。例えば、臓器と同じかそれ以上の大きさを有する。これにより、臓器全体にマーカーが配置されることになり、臓器全体から任意に検出位置を選択することができる。
【００１７】
マーカー基盤１００のための基盤１２０は、ガラス、樹脂など任意の物質により形成された板状部材であり、好ましくはガラス製である。
【００１８】
マーカー１１０は、識別可能な光学特性を有し、金属材質又は蛍光材質のマーカーが好適に用いられるが、当該分野で通常用いられているものであれば何れものでも用いることができる。本実施例においては、好ましくは薄膜形状のマーカーが用いられる。
【００１９】
上記のような基盤１２０の一方の面に、マーカー１１０が蒸着により接着される。マーカー１１０は、観察装置の視野内に1つ以上のマーカーが存在するように配置され、所定の間隔で配置されることが好ましい。
【００２０】
マーカー基盤１００は、マーカーを接着させた面が試料に接触するように配置される。これは、マーカーが接着された面を上にして試料上に配置すると、試料表面とマーカーとの間に基盤の厚さ分だけ隙間ができ、一方に合焦すると他方がボケてしまうためである。
【００２１】
なお、生体観察装置に備えられた対物レンズの倍率によって、マーカー基盤を交換してもよい。図２に示したように、低倍率時は図２（ａ）に示したような比較的大きいマーカー１１３を接着させたマーカー基盤１０３を用い、高倍率時は図２（ｂ）に示したような比較的小さいマーカー１１４を接着させたマーカー基盤１０４を用いることができる。レンズ倍率により、マーカー及びマーカー基盤のサイズは適宜変更することができる。
【００２２】
図３にマーカー基盤の第２実施例を示す。本第２実施例では、マーカーシート５１を用いる。マーカーシート５１は、透明な膜状基盤中にマーカー５０を包含させて形成される。膜状基盤は、例えば寒天によって約0.1 mmの厚さに形成される。マーカーシート５１はなるべく薄く、且つ、切れたり破れたりしない厚さに形成される。
【００２３】
マーカー５０は、上記第１実施例で用いられるマーカーと同じく識別可能な光学特性を有し、金属材質又は蛍光材質のマーカーが好適に用いられるが、当該分野で通常用いられているものであれば何れものでも用いることができる。本第２実施態様で用いられるマーカー５０は、球体、円筒形体、薄膜形体など任意の形体であってよい。マーカー５０はマーカーシート５１中に分散され、好ましくは規則正しく配置される。薄膜形体のマーカーは、膜状基盤上に接着させてもよい。
【００２４】
マーカーシート５１は、例えば、容器中で液状の寒天中にマーカーを分散させ、平板上に流して乾燥させて製造することができる。或いは、マーカーを含む液状寒天を所望の型に流し込み、成形することもできる。その際の温度、湿度などの条件は適宜設定することができる。
【００２５】
本実施例における膜状のマーカーシート５１は、柔軟性を有し、観察試料、例えば臓器５２によく密着することができる。これにより、マーカーと観察対象の密着度が高くなるに加えて、マーカーがずれにくいという利点を有する。
【００２６】
本発明の生体観察装置は、マーカー基盤運搬装置を備え、上記のようなマーカー基盤を用いることによって、マーカーの操作性が向上されたものである。生体観察装置としては、顕微鏡観察装置が好適に用いられるが、これに限定されず、例えば内視鏡観察装置やその他の適切な装置として用いられることもできる。以下、説明の便宜のため、検出用撮像装置と観察用撮像装置の二つの撮像装置を具備する顕微鏡観察装置を例として詳細に説明する。
【００２７】
本発明の第１の実施形態に係る顕微鏡観察装置１について、図４を参照して説明する。    
本実施形態に係る顕微鏡観察装置１は、試料Ｓを搭載するステージ２と、励起光Ｅを出射する励起光源３と、該励起光源３からの励起光Ｅを導く照明レンズ（照明光学系）４と、該照明レンズ４により導かれた励起光Ｅを試料Ｓに導く一方、試料Ｓにおいて発生した蛍光Ｆをコリメートする対物レンズ５と、該対物レンズ５によりコリメートされた蛍光Ｆを励起光Ｅから分岐するダイクロイックミラー６と、分岐された蛍光Ｆをさらに分岐するビームスプリッタ７と、分岐された蛍光Ｆを検出する２つのＣＣＤのような撮像装置、即ち、観察用撮像装置８及び検出用撮像装置９を備えている。図中符号２０は結像レンズである。
【００２８】
前記励起光源３、照明レンズ４、ダイクロイックミラー６、ビームスプリッタ７及び２つの撮像装置８，９は、顕微鏡本体１０に備えられている。一方、前記対物レンズ５は、顕微鏡本体１０から切り離され、対物レンズ駆動装置１１により支持されている。
【００２９】
対物レンズ駆動装置１１は、前記対物レンズ５をステージ２と顕微鏡本体１０との間に配置する対物レンズアーム１２と、該対物レンズアーム１２により保持された対物レンズ５を鉛直方向に移動させる第１の駆動機構１３と、前記対物レンズ５を水平２方向に移動させる第２、第３の駆動機構１４、１５と、前記対物レンズ５を該対物レンズ５の光軸に直交する２方向に沿う軸線回りに搖動させる第４、第５の駆動機構１６，１７とを備えている。前記検出用撮像装置９には、該検出用撮像装置９により取得された画像を処理して試料Ｓの変位量とその方向を算出すると共に、前記対物レンズ駆動装置１１の各駆動機構１３〜１７に対し、試料Ｓの変位による対物レンズ５の光軸のズレを補正する方向に対物レンズ５を駆動する駆動指令を出力する駆動制御装置１８が接続されている。
【００３０】
顕微鏡観察装置１にはさらに、マーカー基盤運搬装置３０が備えられる。    
前記マーカー基盤運搬装置３０は、ベース３７から鉛直方向に延びる支柱３４に、昇降機構３１及び位置決め機構３６を介して取り付けられたアーム３５ａと、該アーム３５ａの先端に配置される先端部３５ｂと、アーム３５ａに接続されたチューブ３２を介して空気を吸引する吸引ポンプ３３とを備えている。アーム３５ａは、昇降機構３１により上下動が可能であり、位置決め機構３６により、ＸＹＺ方向に移動が可能である。
【００３１】
先端部３５ｂは、図５に示されるように、円形状を有する。アーム３５ａ及び先端部３５ｂは中空構造になっている。先端部３５ｂの下面には複数の吸引穴３８が設けられている。吸引ポンプ３３が作動させられると、吸引穴３８から吸い込まれた空気がアーム３５ａ及びチューブ３２を介して吸引され、先端部３５ｂでマーカー基盤を吸引して保持することができる。
【００３２】
このように構成された本実施形態に係る顕微鏡観察装置１の作用について以下に説明する。    
本実施形態に係る顕微鏡観察装置１においては、アーム３５ａの先端部３５ｂにマーカー基盤を接触させ、吸引ポンプ３３を作動させる。これにより、先端部３５ｂにマーカー基盤が吸着保持される。次いで、位置決め機構３６を作動させて、アーム３５ａをＸＹＺ方向に移動させ、マーカー基盤を配置する位置を決定する。次いで、吸引ポンプ３３を停止させてマーカー基盤を離すことにより、所望の位置にマーカー基盤を配置することができる。
【００３３】
このように、マーカーを単独ではなく、マーカー基盤として用いることにより、運搬、配置が容易である。またさらに、一旦マーカー基盤を配置した後であっても、再度吸引して保持することにより、マーカー基盤の位置を変更することが容易に可能である。またさらに、観察終了後にマーカー基盤を回収することも容易である。
【００３４】
マーカー基盤を配置した後に、検出用撮像装置９により、試料の変位を検出するためにマーカー画像が撮像される。検出用撮像装置９により取得された画像情報は、駆動制御装置１８に送られ、駆動制御装置１８において画像処理されることにより、変位の方向、変位量、及び揺動角度等が検出される。駆動制御装置１８はこの検出結果に基づいて対物レンズ駆動装置１１の各駆動機構１３〜１７に送る指令信号を演算し、該指令信号に基づいて各駆動機構１３〜１７が駆動させられる。これによって生体振動を補正する追従制御が行われている状態において、観察用撮像装置８により試料の観察用の画像が撮像される。
【００３５】
なお、上記実施形態においては、先端部３５ｂを円形状としたが、四角形状、台形状、又はＵ字形状であってもよく、さらには図６に示すようなリング形状であってもよい。Ｕ字形状やリング形状の場合、その中央部はガラスなどの透明な板状部材を備えることが好ましい。中央部に透明板が備えられることにより、マーカー基盤を安定して保持することができるとともに、マーカー基盤の設置位置を視認することができる。
【００３６】
なお、マーカー基盤としてマーカーシートを用いる場合は、アームの先端部３５ａの接触面を濡らし、シートを貼り付けることによって保持してもよい。
【００３７】
また、上記実施形態においては、顕微鏡観察装置１とマーカー基盤運搬装置３０を別体として構成したが、マーカー基盤運搬装置３０を対物レンズ５と一体的に構成することにしてもよい。
【００３８】
次に、本発明の第２の実施形態に係る顕微鏡観察装置４０について、図７を参照して説明する。    
なお、本実施形態の説明において、上述した第１の実施形態に係る顕微鏡観察装置１と構成を共通とする箇所に同一符号を付して説明を省略する。
【００３９】
本第２実施形態において、顕微鏡観察装置４０は、マーカー基盤運搬機能を有するスタビライザ機構６０を備える。
【００４０】
スタビライザ機構６０は、ベース６７から鉛直方向に延びる支柱６４に、昇降機構６１及び位置決め機構６６を介して取り付けられたアーム６５ａと、該アーム６５ａの先端に配置される先端部６５ｂと、アーム６５ａに接続されたチューブ６２を介して空気を吸引する吸引ポンプ６３とを備えている。アーム６５ａは、昇降機構６１により上下動が可能であり、位置決め機構６６により、ＸＹＺ方向に移動が可能である。
【００４１】
先端部６５ｂは、リング形状を有する。リング形状の中央開口部にはガラスのような透明素材からなる板状部材６９が備えられる。リング形状の中央開口部は、対物レンズ５による観察範囲が収まる大きさで形成される。
【００４２】
アーム６５ａ及び先端部６５ｂは中空構造になっている。先端部６５ｂの下面には複数の吸引穴６８が設けられている。吸引ポンプ６３が作動させられると、吸引穴６８から吸い込まれた空気がアーム６５ａ及びチューブ６２を介して吸引され、先端部６５ｂでマーカー基盤を吸引して保持することができる。
【００４３】
このように構成された本実施形態に係る顕微鏡観察装置４０の作用について、図８を参照して以下に説明する。
【００４４】
本実施形態に係る顕微鏡観察装置４０においては、アーム６５ａの先端部６５ｂにマーカー基盤１６０を接触させ、吸引ポンプ６３を作動させる。これにより、先端部６５ｂにマーカー基盤が吸着保持される。次いで、位置決め機構６６を作動させて、アーム６５ａをＸＹＺ方向に移動させ、マーカー基盤を配置する位置を決定する。位置が決定されたら、昇降機構６１を作動させてアーム６５ａを下降させ先端部６５ｂを試料Ｓの表面に密着させる。この状態で顕微鏡観察装置４０の対物レンズ５をスタビライザ機構６０のアーム先端部６５ｂの中央開口部中に配置された円形状の観察範囲に相当する板状部材６９上面に近接させて焦点合わせを行い、観察を行う。
【００４５】
本実施形態の顕微鏡観察装置４０によれば、スタビライザ機構６０のアーム先端部６５ｂに吸着されたマーカー基盤１６０を介して試料Ｓの表面の動的挙動が抑制され、実質的に吸着部のみ停止した状態になる。従って、スタビライザにより動的挙動が抑制されるとともに、マーカーを所望の位置に配置することができ、簡便にマーカー画像を取得することができる。特に、対物レンズ５の視野（円形状の観察範囲）とマーカーの配置が常に一定の位置関係となるので、観察画像上の位置検出が容易となる。また、マーカー基盤をスタビライザで押さえることにより、マーカー基盤を水平に保つことができる。
【００４６】
上記実施形態においては、先端部６５ｂをリング形状としたが、四角形状、台形状、Ｕ字形状であって、中央に開口部がある形状とすることもできる。
【００４７】
また、先端部６５ｂは、マーカー基盤を吸着するための吸引穴の外に、試料を吸着するための開口を備えてもよい。マーカー基盤を試料表面に密着させると共に、試料を吸着させることにより、観察範囲における試料Ｓの動的挙動をさらに確実に抑制することができる。
【００４８】
本発明の他の側面から、上記のようなマーカー基盤が提供される。本発明のマーカー基盤は、運搬装置を備えない生体観察装置でも使用することができ、この場合、ピンセットなどを用いて手動で試料中に配置してもよい。またさらに、本発明の他の側面から、生体観察装置のためのマーカー基盤運搬装置が提供される。
【００４９】
なお、対物レンズ駆動装置１１については、上記実施形態に記載されたものに限定されず、任意の種々の機構を適宜採用することができる。
【００５０】
以上、顕微鏡を例として本発明の構成及び作用を説明したが、本発明の範囲は顕微鏡に限定されず、撮像装置、対物レンズ等を備える対物ユニット、該対物ユニット駆動装置などを備える観察装置であれば何れのものでも本願発明に包含される。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】マーカー基盤の１実施例を示す模式図。
【図２】レンズ倍率とマーカー基盤の関係を示す模式図。
【図３】マーカーシートを示す模式図。
【図４】第１実施形態に係る顕微鏡観察装置を示す模式的な全体構成図。
【図５】マーカー基盤運搬装置の先端部の１実施形態を示す図。
【図６】マーカー基盤運搬装置の先端部の他の実施形態を示す図。
【図７】第２実施形態に係る顕微鏡観察装置を示す模式的な全体構成図。
【図８】スタビライザ形状のマーカー基盤運搬装置の先端部を示す図。
【符号の説明】
【００５２】
Ｓ…試料、１、４０…顕微鏡観察装置、５…対物レンズ、８…観察用撮像装置、９…検出用撮像装置、１０…顕微鏡本体、１１…対物レンズ駆動装置、１８…駆動制御装置、３０…マーカー基盤運搬装置、３１…昇降機構、３２…チューブ、３３…吸引ポンプ、３５ａ…アーム、３５ｂ…先端部、３８…吸引穴、５０、１１０…マーカー、５１…マーカーシート、５２…臓器、６０…スタビライザ機構、６９…板状部材、１００、１６０…マーカー基盤、１２０…基盤。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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